Обычный пластик способен охладить или обогреть здание в зависимости от времени года
Исследователи из Принстонского университета и Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (UCLA) разработали пассивный механизм для охлаждения зданий летом и их обогрева зимой, использующий обычные материалы из пластика. Новый метод сделает климат в зданиях более комфортным, не требуя внедрения дорогостоящих энергоемких систем.
Основная идея заключается в том, чтобы ограничить потенциал передачи тепла между зданиями и окружающей средой, ориентируясь на контроль волн специфической длины. Покрытия, даже из обычных материалов, созданные по этой технологии, способны обеспечить контроль климата, превосходящий современные возможности архитектуры.
Тепловое излучение, переносимое электромагнитными волнами, присутствует всюду. Мы ощущаем его, находясь на солнце или когда электрообогреватель отапливает нашу комнату. Стабилизация температуры зданий путем контроля теплового излучения давно известна человеку. Множество зданий используют жалюзи на окнах, чтобы блокировать солнечный свет, и также многие красят крыши и стены в белый цвет, чтобы те лучше отражали солнце.
Крыши обычно имеют достаточный угол, чтобы отражать солнечный свет и тепловое излучение вверх. Стены и окна, напротив, в основном направлены на землю и соседние здания. В жаркую погоду они нагреваются отраженным теплом, исходящим от улиц, тротуаров и близлежащих зданий. Это значит, что, несмотря на экранирование тепла, стены и окна также нагреваются от земли. В свою очередь в холодное время года окружающая среда и почва отбирают тепло у стен и окон.
Исследователи выяснили, что ключ к решению проблемы заключается в различии способов передачи тепла между зданиями и землей, а также между зданиями и небом.
Тепловое излучение, также называемое узкополосным, отражается от зданий в узкой части инфракрасного спектра, известной как атмосферное окно передачи. Анализ этого механизма — важный шаг в области энергосбережения и климатического контроля в зданиях, особенно в условиях изменчивого климата.
Проектирование с учетом этого принципа позволит снизить зависимость от дорогостоящих систем кондиционирования и обогрева, при этом сохраняя комфортную температуру внутри помещений.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports Physical Science, настаивают на необходимости введения инноваций в области строительства и энергетики. Новый подход открывает долгосрочные положительные перспективы для зеленой энергетики.
— доктор Мандал, один из авторов исследования.
Учёные продемонстрировали, что многие общераспространенные и недорогие строительные материалы излучают тепло в узкополосной области и блокируют широкополосное излучение. Например, поливинилфторид, который уже используется в качестве облицовочного материала, может быть адаптированы для климатического контроля с учетом этого свойства, впрочем, как и многие другие пластмассы.
— доктор Раман, соавтор исследования.
Важным выводом исследования стало и то, что подобный подход экономичен с точки зрения энергопотребления. Авторы отметили, что сезонная экономия энергии с использованием предложенного механизма сравнима с выгодой от покраски темных крыш в белый цвет. При этом расходы на кондиционирование воздуха и количество инцидентов, связанных с жарой, продолжают расти по всему миру.
— доктор Мандал.
Основная идея заключается в том, чтобы ограничить потенциал передачи тепла между зданиями и окружающей средой, ориентируясь на контроль волн специфической длины. Покрытия, даже из обычных материалов, созданные по этой технологии, способны обеспечить контроль климата, превосходящий современные возможности архитектуры.
Тепловое излучение, переносимое электромагнитными волнами, присутствует всюду. Мы ощущаем его, находясь на солнце или когда электрообогреватель отапливает нашу комнату. Стабилизация температуры зданий путем контроля теплового излучения давно известна человеку. Множество зданий используют жалюзи на окнах, чтобы блокировать солнечный свет, и также многие красят крыши и стены в белый цвет, чтобы те лучше отражали солнце.
Крыши обычно имеют достаточный угол, чтобы отражать солнечный свет и тепловое излучение вверх. Стены и окна, напротив, в основном направлены на землю и соседние здания. В жаркую погоду они нагреваются отраженным теплом, исходящим от улиц, тротуаров и близлежащих зданий. Это значит, что, несмотря на экранирование тепла, стены и окна также нагреваются от земли. В свою очередь в холодное время года окружающая среда и почва отбирают тепло у стен и окон.
Исследователи выяснили, что ключ к решению проблемы заключается в различии способов передачи тепла между зданиями и землей, а также между зданиями и небом.
Тепловое излучение, также называемое узкополосным, отражается от зданий в узкой части инфракрасного спектра, известной как атмосферное окно передачи. Анализ этого механизма — важный шаг в области энергосбережения и климатического контроля в зданиях, особенно в условиях изменчивого климата.
Проектирование с учетом этого принципа позволит снизить зависимость от дорогостоящих систем кондиционирования и обогрева, при этом сохраняя комфортную температуру внутри помещений.
В исследовании, опубликованном в журнале Cell Reports Physical Science, настаивают на необходимости введения инноваций в области строительства и энергетики. Новый подход открывает долгосрочные положительные перспективы для зеленой энергетики.
Покрывая стены и окна материалами, которые излучают или поглощают тепло только в пределах определенного частотного окна, мы можем снизить широкополосный тепловой нагрев от земли летом и потерю тепла зимой.
Созданная нами технология выходит за рамки традиционного подхода к проектированию крыш и стен, предлагая важные усовершенствования
Созданная нами технология выходит за рамки традиционного подхода к проектированию крыш и стен, предлагая важные усовершенствования
— доктор Мандал, один из авторов исследования.
Учёные продемонстрировали, что многие общераспространенные и недорогие строительные материалы излучают тепло в узкополосной области и блокируют широкополосное излучение. Например, поливинилфторид, который уже используется в качестве облицовочного материала, может быть адаптированы для климатического контроля с учетом этого свойства, впрочем, как и многие другие пластмассы.
Для нас стало большим открытием, что материалы, такие как полипропилен, который мы получаем из бытовых пластиков, избирательно излучают или поглощают тепло. Подобные материалы достаточно распространены, и это означает, что мы можем повсеместно использовать их для терморегуляции зданий уже в ближайшем будущем
— доктор Раман, соавтор исследования.
Важным выводом исследования стало и то, что подобный подход экономичен с точки зрения энергопотребления. Авторы отметили, что сезонная экономия энергии с использованием предложенного механизма сравнима с выгодой от покраски темных крыш в белый цвет. При этом расходы на кондиционирование воздуха и количество инцидентов, связанных с жарой, продолжают расти по всему миру.
Механизм, который мы предложили, полностью автономен, что делает его универсальным и экономным способом охлаждения и обогрева зданий.
Обозначенные преимущества могут стать хорошим решением для небогатых сообществ из регионов глобального юга, учитывая что они сталкиваются с наибольшими проблемами с охлаждением и смертностью от жары
Обозначенные преимущества могут стать хорошим решением для небогатых сообществ из регионов глобального юга, учитывая что они сталкиваются с наибольшими проблемами с охлаждением и смертностью от жары
— доктор Мандал.
- Алексей Павлов
- Princeton University
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Радиационная «бомба замедленного действия» обнаружена в Чернобыле: и они до сих пор готова «взрываться»
Новые опыты покажут, каким будет зона отчуждения для следующих поколений...
Почти детективная история: в Ленобласти обнаружен самый большой клад серебра за всю историю
Среди находок две уникальные монеты, которых всего четыре в мире, включая, а также языческие вороны Одина… среди православных крестов...
Главный поджигатель в истории Австралии: почему ученые обвиняют капитана Джеймса Кука в постоянных мегапожарах на Зеленом континенте?
Воскрешение традиции, которую сломали британские колонизаторы, поможет «потушить» Пылающую Австралию...
Тайна Мертвого моря: что «кипятит» водоем изнутри, рассказали ученые
Оказалось, что в кристалликах соли скрыта история прошедших эпох...
Искусственный интеллект «ненавидит»… белых мужчин: новое исследование еще раз подтвердило западный тренд
Появление нейросетей значительно ухудшило положение одной из групп белого населения в Америке и Европе...
100-летняя страшная история с черепами у древнеегипетских гробниц наконец-то прояснилась
Неожиданно оказалось, что человеческие жертвоприношения 5000 лет назад совершались совсем не так, как описано в древних табличках...
Аура цвета индиго: как появился этот феномен и кем в итоге стали уникальные дети
Их называли будущим человечества, но чуда не случилось. Разбираемся, почему так произошло...
Секрет марсианского «невозможного» облака-призрака наконец-то разгадан
Как оказалось, на Красной планете работает физика, которая на Земле считалась чистой теорией...
Шуховскую башню в Москве начали разбирать: почему правнук великого русского инженера против такой «реконструкции»?
Где главный промах московских властей и чем восстановление отличается реконструкции?...
Таинственные траншеи в Австралии помогут открыть скрытые пещеры на Марсе
Равнина, которая 14 миллионов лет без воды, подсказала ученым, как расшифровывать фотографии с Красной планеты...
Пустая еда: почему за 60 лет наши продукты потеряли половину полезных веществ и микроэлементов
По словам исследователей, мир находится в состоянии скрытого голода: калорий, вроде бы, хватает, а витаминов и минералов нет...
Крестик XII века показал, настолько ученые ошибались в истории древнего Смоленска
Скромный артефакт из редкого материала оказался для археологов дороже серебряного клада...
«Мясной фарш» для Гитлера: как виртуозная операция в 1943 году решила ход битвы за Италию
Дерзко, остроумно и с огромной долей везения: британский план висел на волоске, но Лондону помогли… сами немцы...